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3. Physik und Technik
Luftfeuchtigkeit ist relativ
Mutter Natur ist stets auf Ausgleich bedacht. Deshalb ist auch jeder hygroskopische (= Wasser anziehende) Stoff bestrebt, mit der umgebenden Luft in ein Feuchtegleichgewicht zu kommen.
Feuchte Luft setzt sich aus trockener Luft und Wasserdampf zusammen. Wasser in flüssiger oder fester Form – also Nebel, Regen, Schneeflocken oder Hagelkörner – zählt nicht zur Luftfeuchtigkeit. Mit «Luftfeuchtigkeit» bezeichnet man den Anteil des Wasserdampfs an diesem Gasgemisch.
Die absolute Luftfeuchtigkeit gibt die Menge des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes in Gramm an. Doch dieser Wert sagt allein nur wenig aus, denn ein Kilogramm warmer Luft kann bis zur Sättigung mehr Feuchtigkeit aufnehmen als ein Kilogramm kalter Luft. In der Gebäudetechnologie ist daher die relative Luftfeuchtigkeit (r. F.) entscheidend: Sie bezieht sich auf den Sättigungsgrad und wird in Prozent angegeben: 45 % r. F. Wird die Luft erwärmt, sinkt die relative Luftfeuchtigkeit.
Beispiel:
Wohlbefinden und Hygiene
Trockene Atemluft reduziert die Beweglichkeit der Flimmerhärchen auf der Schleimhaut in Mund, Nase und Rachen. So können sie Verunreinigungen und Krankheitserreger nicht abtransportieren – Atemwegsinfektionen sind die Folge. Gleichzeitig kann der Sauerstoff beim Atmen aus trockener Luft nur schwer aufgenommen werden: Man fühlt sich müde und abgespannt und kann sich nur schwer konzentrieren.
Möbel, Bodenbeläge, Kunstwerke und andere Gegenstände aus Holz werden in trockener Luft stumpf, Textilfasern werden brüchig. Staub wird – unterstützt durch die Thermik an Heizkörpern und Bodenheizungen – in trockener Luft stärker aufgewirbelt und kann zu Sachbeschädigungen und gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen.
Durch kontrollierte Befeuchtung lassen sich Gesundheit und Wohlbefinden ebenso beeinflussen wie die Funktion von Geräten und Instrumenten sowie die Lagerfähigkeit von Gütern. So zeigen Untersuchungen, dass bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40-60% die Zahl der Krankheitsfälle am geringsten ist.
Produktivität und Sicherheit
Wo Materialien mit hohem elektrischem Widerstand schnell bewegt werden oder aneinander reiben, kann statische Elektrizität auftreten. Trockene Luft begünstigt diesen Prozess. Statische Elektrizität stört die Funktion von Produktionsmaschinen und Bürogeräten; die Funkenbildung bei der Entladung stellt bei Gasen und explosiven Stäuben ein erhebliches Risiko dar.
In feuchter Luft verhindert ein feiner leitfähiger Feuchtigkeitsfilm auf allen Oberflächen den Aufbau statischer Elektrizität. So steigert professionelle Luftbefeuchtung die Produktivität, senkt Energie- und Wartungskosten und gewährleistet konstante
Produktqualität.
Wirtschaftlichkeit
Behaglichkeit ist nicht allein von der Lufttemperatur abhängig. Neben anderen Faktoren hat auch die relative Luftfeuchtigkeit einen erheblichen Einfluss auf die sog. gefühlte Temperatur. Als Faustregel gilt, dass bei einer Raumtemperatur von 21°C und 50% r. F. eine Temperatur von 23°C gefühlt wird. Konsequenz: Man muss weniger heizen, Umweltbelastung und Kosten sinken.
Der Luftzustand
Wasser- und Wärmegehalt, Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit sind voneinander abhängig. Eine Veränderung der Temperatur ändert die relative Luftfeuchtigkeit, während die Änderung der relativen Luftfeuchtigkeit – in Abhängigkeit von der gewählten Technologie – wiederum die Temperatur ändern kann.
Beim Dimensionieren von Klima-, Be- und Entfeuchtungsanlagen ist das hx Diagramm*) ein wichtiges Hilfsmittel. Es ist wie folgt zu lesen:
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Wassergehalt x in g/kg |
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Lufttemperatur t in °C |
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relative Luftfeuchtigkeit φ in % |
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Wärmegehalt h (Enthalpie) in kJ/kg |
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Grenztemperatur in °C, bei der die vorhandene Wassermenge gerade noch als Dampf vorliegt |
Die Isothermen (Linien mit gleicher Temperatur) sind hier parallel zur X-Achse eingetragen. Ihre geringe Steigung wird in der Praxis meist vernachlässigt. Wenn nur zwei der vier Grössen Wassergehalt, Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Wärmegehalt gegeben sind, lässt sich der Luftzustand exakt bestimmen.
Beispiele:
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Isotherme Befeuchtung Wenn Wasser durch eine externe Quelle zum Verdampfen gebracht wird, verändert sich die Lufttemperatur praktisch nicht. |
Adiabate Befeuchtung Um Wasser in feinsten Nebel (Aerosole) zu zerstäuben oder über grosse Oberflächen zu verdunsten, wird die dazu notwendige Wärme der Umgebungsluft entzogen. So hat adiabatische Luftbefeuchtung einen zusätzlich nutzbaren Kühleffekt. |
*) ursprüngliche Bezeichnung: Mollier’sches Diagramm, nach Richard Mollier, 1863-1935, Professor für angewandte Physik und Maschinenbau
Trends und Herausforderungen der modernen Luftbefeuchtung
Während der Dampferzeugung mit unbehandeltem Wasser werden Mineralien ausgeschieden, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Geeignete konstruktive Massnahmen, wie z. B. ein integriertes Kalkmanagement, halten den Wartungsaufwand tief und garantieren hohe Betriebssicherheit.
Energie-Einsatz
Um eine bestimmte Wassermenge zu erhitzen, ist immer gleich viel Energie notwendig. Um diese Energie bestmöglich auszunutzen, sollten die Geräte möglichst 100% des erzeugten Dampfes an die Luft abgeben. Gleichzeitig müssen die Hersteller Geräte anbieten, die die jeweils günstigste Energie – z. B. Gas – nutzen können.
Hygiene
Auch adiabate Luftbefeuchtung – also Befeuchtung durch Zerstäubung und / oder Verdunstung – muss hygienisch sein. Passende Hygienekonzepte verhindern, dass sich Keime bilden, die in die Anlage bzw. in die Atemluft abgegeben werden. Ebenso wird die Bildung von Biofilm unterbunden und konstruktive Massnahmen verhindern, dass Wasser-Aerosole in die Luft gelangen.
Exakte Regelung
Selbst wenn die Umgebungsbedingungen stark schwanken, müssen Befeuchtungsanlagen ihre Leistung schnell anpassen. Dabei ist ein «Zuviel» an abgegebener Feuchtigkeit ebenso zu vermeiden wie ein «Zuwenig». Anlagen von heute zeichnen sich durch höchste Konstanz und – in vielen Fällen – prozentgenaue Regelung aus.